हरे सिंथेटिक कम ग्राफीन ऑक्साइड और नैनो-शून्य आयरन कॉम्प्लेक्स द्वारा पानी से डॉक्सीसाइक्लिन एंटीबायोटिक दवाओं का सहक्रियात्मक निष्कासन

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इस कार्य में, कम हानिकारक रासायनिक संश्लेषण जैसे "हरित" रसायन विज्ञान के सिद्धांतों का अनुपालन करने के लिए एक कम करने वाले एजेंट और स्टेबलाइजर के रूप में सोफोरा पीली पत्ती के अर्क का उपयोग करके एक सरल और पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रिया का उपयोग करके आरजीओ / एनजेडवीआई कंपोजिट को पहली बार संश्लेषित किया गया था। कंपोजिट के सफल संश्लेषण को मान्य करने के लिए कई उपकरणों का उपयोग किया गया है, जैसे एसईएम, ईडीएक्स, एक्सपीएस, एक्सआरडी, एफटीआईआर और ज़ेटा क्षमता, जो सफल समग्र निर्माण का संकेत देते हैं। आरजीओ और एनजेडवीआई के बीच सहक्रियात्मक प्रभाव की जांच करने के लिए एंटीबायोटिक डॉक्सीसाइक्लिन की विभिन्न शुरुआती सांद्रता में नए कंपोजिट और शुद्ध एनजेडवीआई की निष्कासन क्षमता की तुलना की गई थी। 25mg L-1, 25°C और 0.05g की निष्कासन शर्तों के तहत, शुद्ध nZVI की सोखने की निष्कासन दर 90% थी, जबकि rGO/nZVI कंपोजिट द्वारा डॉक्सीसाइक्लिन की सोखने की निष्कासन दर 94.6% तक पहुँच गई, जो पुष्टि करती है कि nZVI और rGO . सोखने की प्रक्रिया छद्म-दूसरे क्रम से मेल खाती है और 25 डिग्री सेल्सियस और पीएच 7 पर 31.61 मिलीग्राम जी-1 की अधिकतम सोखने की क्षमता के साथ फ्रायंडलिच मॉडल के साथ अच्छे समझौते में है। डीसी को हटाने के लिए एक उचित तंत्र प्रस्तावित किया गया है। इसके अलावा, लगातार छह पुनर्जनन चक्रों के बाद आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट की पुन: प्रयोज्यता 60% थी।
पानी की कमी और प्रदूषण अब सभी देशों के लिए एक गंभीर खतरा है। हाल के वर्षों में, COVID-19 महामारी1,2,3 के दौरान उत्पादन और खपत में वृद्धि के कारण जल प्रदूषण, विशेष रूप से एंटीबायोटिक प्रदूषण में वृद्धि हुई है। इसलिए, अपशिष्ट जल में एंटीबायोटिक दवाओं के उन्मूलन के लिए एक प्रभावी तकनीक का विकास एक जरूरी कार्य है।
टेट्रासाइक्लिन समूह से प्रतिरोधी अर्ध-सिंथेटिक एंटीबायोटिक दवाओं में से एक डॉक्सीसाइक्लिन (डीसी)4,5 है। यह बताया गया है कि भूजल और सतही जल में डीसी अवशेषों को चयापचय नहीं किया जा सकता है, केवल 20-50% ही चयापचय किया जाता है और बाकी को पर्यावरण में छोड़ दिया जाता है, जिससे गंभीर पर्यावरणीय और स्वास्थ्य समस्याएं पैदा होती हैं6।
निम्न स्तर पर डीसी के संपर्क में आने से जलीय प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीव मर सकते हैं, रोगाणुरोधी बैक्टीरिया के फैलने का खतरा हो सकता है और रोगाणुरोधी प्रतिरोध बढ़ सकता है, इसलिए इस संदूषक को अपशिष्ट जल से हटाया जाना चाहिए। पानी में डीसी का प्राकृतिक क्षरण एक बहुत धीमी प्रक्रिया है। फोटोलिसिस, बायोडिग्रेडेशन और सोखना जैसी भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाएं केवल कम सांद्रता और बहुत कम दर पर ही नष्ट हो सकती हैं। हालाँकि, सबसे किफायती, सरल, पर्यावरण के अनुकूल, संभालने में आसान और कुशल तरीका सोखना9,10 है।
नैनो जीरो वैलेंटाइन आयरन (nZVI) एक बहुत शक्तिशाली सामग्री है जो पानी से मेट्रोनिडाजोल, डायजेपाम, सिप्रोफ्लोक्सासिन, क्लोरैम्फेनिकॉल और टेट्रासाइक्लिन सहित कई एंटीबायोटिक दवाओं को हटा सकती है। यह क्षमता nZVI के अद्भुत गुणों के कारण है, जैसे उच्च प्रतिक्रियाशीलता, बड़ा सतह क्षेत्र और कई बाहरी बंधन स्थल11। हालाँकि, nZVI वैन डेर वेल्स बलों और उच्च चुंबकीय गुणों के कारण जलीय मीडिया में एकत्रीकरण के लिए प्रवण है, जो ऑक्साइड परतों के गठन के कारण दूषित पदार्थों को हटाने में इसकी प्रभावशीलता को कम कर देता है जो nZVI10,12 की प्रतिक्रियाशीलता को रोकता है। एनजेडवीआई कणों के ढेर को सर्फेक्टेंट और पॉलिमर के साथ उनकी सतहों को संशोधित करके या उन्हें कंपोजिट के रूप में अन्य नैनोमटेरियल के साथ जोड़कर कम किया जा सकता है, जो पर्यावरण में उनकी स्थिरता में सुधार करने के लिए एक व्यवहार्य दृष्टिकोण साबित हुआ है।
ग्राफीन एक द्वि-आयामी कार्बन नैनोमटेरियल है जिसमें एक छत्ते की जाली में व्यवस्थित sp2-संकरित कार्बन परमाणु होते हैं। इसमें एक बड़ा सतह क्षेत्र, महत्वपूर्ण यांत्रिक शक्ति, उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकैटलिटिक गतिविधि, उच्च तापीय चालकता, तेज इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और इसकी सतह पर अकार्बनिक नैनोकणों का समर्थन करने के लिए एक उपयुक्त वाहक सामग्री है। धातु नैनोकणों और ग्राफीन का संयोजन प्रत्येक सामग्री के व्यक्तिगत लाभों से काफी अधिक हो सकता है और, इसके बेहतर भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, अधिक कुशल जल उपचार15 के लिए नैनोकणों का इष्टतम वितरण प्रदान करता है।
पौधों के अर्क हानिकारक रासायनिक कम करने वाले एजेंटों का सबसे अच्छा विकल्प हैं जो आमतौर पर कम ग्राफीन ऑक्साइड (आरजीओ) और एनजेडवीआई के संश्लेषण में उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे उपलब्ध हैं, सस्ते हैं, एक-चरणीय, पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित हैं, और इन्हें कम करने वाले एजेंटों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। फ्लेवोनोइड्स और फेनोलिक यौगिकों की तरह यह भी एक स्टेबलाइजर के रूप में कार्य करता है। इसलिए, इस अध्ययन में आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के संश्लेषण के लिए एट्रिप्लेक्स हैलीमस एल. लीफ एक्सट्रैक्ट का उपयोग मरम्मत और समापन एजेंट के रूप में किया गया था। अमरैंथेसी परिवार से एट्रिप्लेक्स हैलीमस एक विस्तृत भौगोलिक सीमा के साथ एक नाइट्रोजन-प्रेमी बारहमासी झाड़ी है।
उपलब्ध साहित्य के अनुसार, एट्रिप्लेक्स हैलीमस (ए. हैलीमस) का उपयोग पहली बार एक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल संश्लेषण विधि के रूप में आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट बनाने के लिए किया गया था। इस प्रकार, इस कार्य के उद्देश्य में चार भाग शामिल हैं: (1) ए हैलिमस जलीय पत्ती के अर्क का उपयोग करके आरजीओ/एनजेडवीआई और पैतृक एनजेडवीआई कंपोजिट का फाइटोसिंथेसिस, (2) उनके सफल निर्माण की पुष्टि के लिए कई तरीकों का उपयोग करके फाइटोसिंथेसाइज्ड कंपोजिट का लक्षण वर्णन, (3) ) विभिन्न प्रतिक्रिया मापदंडों के तहत डॉक्सीसाइक्लिन एंटीबायोटिक्स के कार्बनिक संदूषकों के सोखने और हटाने में आरजीओ और एनजेडवीआई के सहक्रियात्मक प्रभाव का अध्ययन करना, सोखना प्रक्रिया की स्थितियों को अनुकूलित करना, (3) प्रसंस्करण चक्र के बाद विभिन्न निरंतर उपचारों में मिश्रित सामग्रियों की जांच करना।
डॉक्सीसाइक्लिन हाइड्रोक्लोराइड (DC, MM = 480.90, रासायनिक सूत्र C22H24N2O·HCl, 98%), आयरन क्लोराइड हेक्साहाइड्रेट (FeCl3.6H2O, 97%), सिग्मा-एल्ड्रिच, यूएसए से खरीदा गया ग्रेफाइट पाउडर। सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH, 97%), इथेनॉल (C2H5OH, 99.9%) और हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl, 37%) मर्क, यूएसए से खरीदे गए थे। NaCl, KCl, CaCl2, MnCl2 और MgCl2 को टियांजिन कोमियो केमिकल रिएजेंट कंपनी लिमिटेड से खरीदा गया था। सभी अभिकर्मक उच्च विश्लेषणात्मक शुद्धता के हैं। सभी जलीय घोल तैयार करने के लिए डबल-आसुत जल का उपयोग किया गया।
ए. हैलीमस के प्रतिनिधि नमूने नील डेल्टा और मिस्र के भूमध्यसागरीय तट के किनारे स्थित भूमि में उनके प्राकृतिक आवास से एकत्र किए गए हैं। पादप सामग्री को लागू राष्ट्रीय और अंतर्राष्ट्रीय दिशानिर्देशों17 के अनुसार एकत्र किया गया था। प्रो. मनल फ़ॉज़ी ने बौलोस18 के अनुसार पौधों के नमूनों की पहचान की है, और अलेक्जेंड्रिया विश्वविद्यालय का पर्यावरण विज्ञान विभाग वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए अध्ययन की गई पौधों की प्रजातियों के संग्रह को अधिकृत करता है। नमूना वाउचर तांता यूनिवर्सिटी हर्बेरियम (टीएएनई) में रखे जाते हैं, वाउचर नंबर। 14 122-14 127, एक सार्वजनिक हर्बेरियम जो जमा सामग्री तक पहुंच प्रदान करता है। इसके अलावा, धूल या गंदगी को हटाने के लिए, पौधे की पत्तियों को छोटे टुकड़ों में काट लें, नल और आसुत जल से 3 बार कुल्ला करें और फिर 50 डिग्री सेल्सियस पर सुखाएं। पौधे को कुचल दिया गया, 5 ग्राम महीन पाउडर को 100 मिलीलीटर आसुत जल में डुबोया गया और अर्क प्राप्त करने के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर 20 मिनट तक हिलाया गया। बैसिलस निकोटियाना के प्राप्त अर्क को व्हाटमैन फिल्टर पेपर के माध्यम से फ़िल्टर किया गया और आगे के उपयोग के लिए 4 डिग्री सेल्सियस पर साफ और निष्फल ट्यूबों में संग्रहीत किया गया।
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, जीओ को संशोधित ह्यूमर्स विधि द्वारा ग्रेफाइट पाउडर से बनाया गया था। 10 मिलीग्राम जीओ पाउडर को सोनिकेशन के तहत 30 मिनट के लिए 50 मिलीलीटर विआयनीकृत पानी में फैलाया गया, और फिर 0.9 ग्राम FeCl3 और 2.9 ग्राम NaAc को 60 मिनट के लिए मिलाया गया। हिलाए गए घोल में 20 मिलीलीटर एट्रिप्लेक्स पत्ती का अर्क मिलाया गया और 8 घंटे के लिए 80 डिग्री सेल्सियस पर छोड़ दिया गया। परिणामी काले निलंबन को फ़िल्टर किया गया था। तैयार नैनोकम्पोजिट को इथेनॉल और बिडिस्टिल पानी से धोया गया और फिर 12 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम ओवन में सुखाया गया।
आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कॉम्प्लेक्स के हरित संश्लेषण और एट्रिप्लेक्स हैलीमस अर्क का उपयोग करके दूषित पानी से डीसी एंटीबायोटिक दवाओं को हटाने की योजनाबद्ध और डिजिटल तस्वीरें।
संक्षेप में, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, 0.05 एम Fe3+ आयनों वाले लौह क्लोराइड समाधान के 10 मिलीलीटर को मध्यम हीटिंग और सरगर्मी के साथ 60 मिनट के लिए कड़वी पत्ती के अर्क के 20 मिलीलीटर समाधान में बूंद-बूंद करके जोड़ा गया था, और फिर समाधान को सेंट्रीफ्यूज किया गया था। काले कण देने के लिए 15 मिनट के लिए 14,000 आरपीएम (हर्मले, 15,000 आरपीएम), जिसे इथेनॉल और आसुत जल से 3 बार धोया गया और फिर रात भर 60 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम ओवन में सुखाया गया।
संयंत्र-संश्लेषित आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कंपोजिट को 200-800 एनएम की स्कैनिंग रेंज में यूवी-दृश्य स्पेक्ट्रोस्कोपी (टी70/टी80 श्रृंखला यूवी/विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, पीजी इंस्ट्रूमेंट्स लिमिटेड, यूके) द्वारा चित्रित किया गया था। आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कंपोजिट की स्थलाकृति और आकार वितरण का विश्लेषण करने के लिए, टीईएम स्पेक्ट्रोस्कोपी (जेओईएल, जेईएम-2100एफ, जापान, त्वरित वोल्टेज 200 केवी) का उपयोग किया गया था। पुनर्प्राप्ति और स्थिरीकरण प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार पौधों के अर्क में शामिल होने वाले कार्यात्मक समूहों का मूल्यांकन करने के लिए, एफटी-आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी की गई (4000-600 सेमी-1 की सीमा में जेएएससीओ स्पेक्ट्रोमीटर)। इसके अलावा, संश्लेषित नैनोमटेरियल्स के सतह चार्ज का अध्ययन करने के लिए एक जेटा संभावित विश्लेषक (ज़ेटासाइज़र नैनो जेडएस माल्वर्न) का उपयोग किया गया था। पाउडर नैनोमटेरियल्स के एक्स-रे विवर्तन माप के लिए, एक एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर (एक्स'पीईआरटी प्रो, नीदरलैंड) का उपयोग किया गया था, जो 20 डिग्री से 80 तक 2θ रेंज में वर्तमान (40 एमए), वोल्टेज (45 केवी) पर काम कर रहा था। ° और CuKa1 विकिरण (\(\lambda =\ ) 1.54056 Ao). ऊर्जा फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटर (ईडीएक्स) (मॉडल जेईओएल जेएसएम-आईटी100) एक्सपीएस पर -10 से 1350 ईवी तक अल के-α मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे, स्पॉट आकार 400 माइक्रोन के-अल्फा एकत्र करते समय मौलिक संरचना का अध्ययन करने के लिए जिम्मेदार था। (थर्मो फिशर साइंटिफिक, यूएसए) पूर्ण स्पेक्ट्रम की संचरण ऊर्जा 200 eV है और संकीर्ण स्पेक्ट्रम 50 eV है। पाउडर के नमूने को एक नमूना धारक पर दबाया जाता है, जिसे एक निर्वात कक्ष में रखा जाता है। बाइंडिंग ऊर्जा निर्धारित करने के लिए C 1 s स्पेक्ट्रम का उपयोग 284.58 eV पर संदर्भ के रूप में किया गया था।
जलीय घोल से डॉक्सीसाइक्लिन (डीसी) को हटाने में संश्लेषित आरजीओ/एनजेडवीआई नैनोकम्पोजिट की प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए सोखना प्रयोग किए गए। 298 K पर एक ऑर्बिटल शेकर (स्टुअर्ट, ऑर्बिटल शेकर/एसएसएल1) पर 200 आरपीएम की शेकिंग गति पर 25 मिलीलीटर एर्लेनमेयर फ्लास्क में सोखने के प्रयोग किए गए। डीसी स्टॉक समाधान (1000 पीपीएम) को बिडिस्टिल्ड पानी के साथ पतला करके। सोखना दक्षता पर आरजीओ/एनएसवीआई खुराक के प्रभाव का आकलन करने के लिए, विभिन्न वजन (0.01–0.07 ग्राम) के नैनोकम्पोजिट को 20 मिलीलीटर डीसी समाधान में जोड़ा गया था। कैनेटीक्स और सोखना इज़ोटेर्म का अध्ययन करने के लिए, 0.05 ग्राम अधिशोषक को प्रारंभिक सांद्रता (25-100 मिलीग्राम एल-1) के साथ सीडी के जलीय घोल में डुबोया गया था। डीसी को हटाने पर पीएच के प्रभाव का अध्ययन पीएच (3-11) और 25 डिग्री सेल्सियस पर 50 मिलीग्राम एल-1 की प्रारंभिक सांद्रता पर किया गया। एचसीएल या NaOH समाधान (क्रिसन पीएच मीटर, पीएच मीटर, पीएच 25) की थोड़ी मात्रा जोड़कर सिस्टम के पीएच को समायोजित करें। इसके अलावा, 25-55 डिग्री सेल्सियस की सीमा में सोखना प्रयोगों पर प्रतिक्रिया तापमान के प्रभाव की जांच की गई। सोखने की प्रक्रिया पर आयनिक शक्ति के प्रभाव का अध्ययन 50 मिलीग्राम एल-1, पीएच 3 और 7), 25 डिग्री सेल्सियस और डीसी की प्रारंभिक सांद्रता पर NaCl (0.01-4 मोल L-1) की विभिन्न सांद्रता को जोड़कर किया गया था। 0.05 ग्राम की एक अधिशोषक खुराक। गैर-अवशोषित डीसी के सोखने को 270 और 350 एनएम की अधिकतम तरंग दैर्ध्य (λmax) पर 1.0 सेमी पथ लंबाई क्वार्ट्ज क्यूवेट से सुसज्जित एक दोहरी बीम यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (टी 70 / टी 80 श्रृंखला, पीजी इंस्ट्रूमेंट्स लिमिटेड, यूके) का उपयोग करके मापा गया था। डीसी एंटीबायोटिक्स का प्रतिशत निष्कासन (आर%; समीकरण 1) और डीसी, क्यूटी, समीकरण की सोखने की मात्रा। 2 (मिलीग्राम/जी) को निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके मापा गया था।
जहां %R डीसी हटाने की क्षमता (%) है, सह समय 0 पर प्रारंभिक डीसी एकाग्रता है, और सी क्रमशः समय टी पर डीसी एकाग्रता है (मिलीग्राम एल-1)।
जहां qe अधिशोषक के प्रति इकाई द्रव्यमान में अधिशोषित DC की मात्रा है (mg g-1), Co और Ce क्रमशः शून्य समय और संतुलन पर सांद्रता हैं (mg l-1), V समाधान की मात्रा है (l) , और m सोखना द्रव्यमान अभिकर्मक (g) है।
एसईएम छवियां (चित्र 2ए-सी) गोलाकार लौह नैनोकणों के साथ आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित की लैमेलर आकृति विज्ञान को इसकी सतह पर समान रूप से बिखरे हुए दिखाती हैं, जो आरजीओ सतह पर एनजेडवीआई एनपी के सफल लगाव का संकेत देती हैं। इसके अलावा, आरजीओ पत्ती में कुछ झुर्रियाँ हैं, जो ए. हैलीमस जीओ की बहाली के साथ-साथ ऑक्सीजन युक्त समूहों को हटाने की पुष्टि करती हैं। ये बड़ी झुर्रियाँ आयरन एनपी के सक्रिय लोडिंग के लिए साइट के रूप में कार्य करती हैं। एनजेडवीआई छवियों (छवि 2 डी-एफ) से पता चला है कि गोलाकार लौह एनपी बहुत बिखरे हुए थे और एकत्र नहीं हुए थे, जो पौधे के अर्क के वनस्पति घटकों की कोटिंग प्रकृति के कारण है। कण का आकार 15-26 एनएम के भीतर भिन्न होता है। हालाँकि, कुछ क्षेत्रों में उभारों और गुहाओं की संरचना के साथ मेसोपोरस आकारिकी होती है, जो nZVI की उच्च प्रभावी सोखने की क्षमता प्रदान कर सकती है, क्योंकि वे nZVI की सतह पर DC अणुओं के फंसने की संभावना को बढ़ा सकते हैं। जब एनजेडवीआई के संश्लेषण के लिए रोजा दमिश्क अर्क का उपयोग किया गया था, तो प्राप्त एनपी अमानवीय थे, रिक्त स्थान और विभिन्न आकृतियों के साथ, जिससे सीआर (VI) सोखने में उनकी दक्षता कम हो गई और प्रतिक्रिया समय 23 बढ़ गया। परिणाम ओक और शहतूत की पत्तियों से संश्लेषित एनजेडवीआई के अनुरूप हैं, जो मुख्य रूप से स्पष्ट संचय के बिना विभिन्न नैनोमीटर आकार के गोलाकार नैनोकण हैं।
rGO/nZVI (AC), nZVI (D, E) कंपोजिट की SEM छवियां और nZVI/rGO (G) और nZVI (H) कंपोजिट के EDX पैटर्न।
ईडीएक्स (चित्र 2जी, एच) का उपयोग करके पौधे-संश्लेषित आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कंपोजिट की मौलिक संरचना का अध्ययन किया गया था। अध्ययनों से पता चलता है कि nZVI कार्बन (द्रव्यमान द्वारा 38.29%), ऑक्सीजन (द्रव्यमान द्वारा 47.41%) और लौह (द्रव्यमान द्वारा 11.84%) से बना है, लेकिन फॉस्फोरस24 जैसे अन्य तत्व भी मौजूद हैं, जिन्हें पौधों के अर्क से प्राप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, कार्बन और ऑक्सीजन का उच्च प्रतिशत उपसतह nZVI नमूनों में पौधों के अर्क से फाइटोकेमिकल्स की उपस्थिति के कारण है। ये तत्व आरजीओ पर समान रूप से वितरित हैं लेकिन विभिन्न अनुपात में: सी (39.16 डब्ल्यूटी%), ओ (46.98 डब्ल्यूटी%) और एफई (10.99 डब्ल्यूटी%), ईडीएक्स आरजीओ/एनजेडवीआई एस जैसे अन्य तत्वों की उपस्थिति को भी दर्शाता है, जो पौधों के अर्क के साथ जोड़ा जा सकता है, उपयोग किया जाता है। ए. हैलीमस का उपयोग करके आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित में वर्तमान सी:ओ अनुपात और लौह सामग्री नीलगिरी के पत्ते के अर्क का उपयोग करने से काफी बेहतर है, क्योंकि यह सी (23.44 वजनी%), ओ (68.29 वजनी%) की संरचना को दर्शाता है। और Fe (8.27 wt.%). wt%) 25. नतासा एट अल., 2022 ने ओक और शहतूत की पत्तियों से संश्लेषित nZVI की एक समान मौलिक संरचना की सूचना दी और पुष्टि की कि पत्ती के अर्क में निहित पॉलीफेनोल समूह और अन्य अणु कमी प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार हैं।
पौधों में संश्लेषित nZVI की आकृति विज्ञान (चित्र S2A,B) गोलाकार और आंशिक रूप से अनियमित था, जिसका औसत कण आकार 23.09 ± 3.54 एनएम था, हालांकि वैन डेर वाल्स बलों और लौह चुंबकत्व के कारण श्रृंखला समुच्चय देखे गए थे। यह मुख्य रूप से दानेदार और गोलाकार कण आकार SEM परिणामों के साथ अच्छे समझौते में है। इसी तरह का अवलोकन अब्देलफतह एट अल द्वारा पाया गया था। 2021 में जब अरंडी की फलियों के अर्क का उपयोग nZVI11 के संश्लेषण में किया गया था। एनजेडवीआई में कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग किए जाने वाले रूएलस ट्यूबरोसा लीफ एक्सट्रैक्ट एनपी का गोलाकार आकार भी होता है जिसका व्यास 20 से 40 एनएम26 होता है।
हाइब्रिड आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र टीईएम छवियों (चित्र। एस2सी-डी) से पता चला है कि आरजीओ सीमांत सिलवटों और झुर्रियों वाला एक बेसल विमान है जो एनजेडवीआई एनपी के लिए कई लोडिंग साइट प्रदान करता है; यह लैमेलर आकृति विज्ञान भी आरजीओ के सफल निर्माण की पुष्टि करता है। इसके अलावा, एनजेडवीआई एनपी में 5.32 से 27 एनएम तक कण आकार के साथ एक गोलाकार आकार होता है और लगभग एक समान फैलाव के साथ आरजीओ परत में एम्बेडेड होते हैं। नीलगिरी की पत्ती के अर्क का उपयोग Fe NPs/rGO को संश्लेषित करने के लिए किया गया था; टीईएम परिणामों ने यह भी पुष्टि की कि आरजीओ परत में झुर्रियों ने शुद्ध Fe NPs की तुलना में Fe NPs के फैलाव में सुधार किया और कंपोजिट की प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि की। इसी तरह के परिणाम बाघेरी एट अल द्वारा प्राप्त किए गए थे। 28 जब लगभग 17.70 एनएम के औसत लौह नैनोकण आकार के साथ अल्ट्रासोनिक तकनीकों का उपयोग करके समग्र का निर्माण किया गया था।
ए. हैलीमस, एनजेडवीआई, जीओ, आरजीओ और आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट का एफटीआईआर स्पेक्ट्रा चित्र में दिखाया गया है। 3ए. ए. हैलीमस की पत्तियों में सतह कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति 3336 सेमी-1 पर दिखाई देती है, जो पॉलीफेनोल्स से मेल खाती है, और 1244 सेमी-1, जो प्रोटीन द्वारा उत्पादित कार्बोनिल समूहों से मेल खाती है। अन्य समूह जैसे 2918 सेमी-1 पर अल्केन्स, 1647 सेमी-1 पर एल्केन्स और 1030 सेमी-1 पर सीओ-ओ-सीओ एक्सटेंशन भी देखे गए हैं, जो पौधों के घटकों की उपस्थिति का सुझाव देते हैं जो सीलिंग एजेंट के रूप में कार्य करते हैं और पुनर्प्राप्ति के लिए जिम्मेदार हैं। Fe2+ ​​से Fe0 और GO से rGO29 तक। सामान्य तौर पर, nZVI स्पेक्ट्रा कड़वी शर्करा के समान अवशोषण शिखर दिखाता है, लेकिन थोड़ी स्थानांतरित स्थिति के साथ। 3244 सेमी-1 पर एक तीव्र बैंड ओएच स्ट्रेचिंग कंपन (फिनोल) से जुड़ा हुआ दिखाई देता है, 1615 पर एक शिखर सी = सी से मेल खाता है, और 1546 और 1011 सेमी-1 पर बैंड सी = ओ (पॉलीफेनॉल और फ्लेवोनोइड) के खिंचाव के कारण उत्पन्न होता है। , एरोमैटिक एमाइन और एलिफैटिक एमाइन के सीएन-समूह भी क्रमशः 1310 सेमी-1 और 1190 सेमी-1 पर देखे गए। जीओ का एफटीआईआर स्पेक्ट्रम कई उच्च तीव्रता वाले ऑक्सीजन युक्त समूहों की उपस्थिति को दर्शाता है, जिसमें 1041 सेमी-1 पर एल्कोक्सी (सीओ) स्ट्रेचिंग बैंड, 1291 सेमी-1 पर एपॉक्सी (सीओ) स्ट्रेचिंग बैंड, सी = ओ स्ट्रेच शामिल है। 1619 सेमी-1 पर कंपन खींचने वाला सी=सी का एक बैंड, 1708 सेमी-1 पर एक बैंड और 3384 सेमी-1 पर कंपन खींचने वाला ओएच समूह का एक चौड़ा बैंड दिखाई दिया, जिसकी पुष्टि उन्नत ह्यूमर्स विधि से होती है, जो सफलतापूर्वक ऑक्सीकरण करता है ग्रेफाइट प्रक्रिया. जीओ स्पेक्ट्रा के साथ आरजीओ और आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट की तुलना करने पर, कुछ ऑक्सीजन युक्त समूहों की तीव्रता, जैसे कि 3270 सेमी-1 पर ओएच, काफी कम हो जाती है, जबकि अन्य, जैसे कि 1729 सेमी-1 पर सी=ओ, पूरी तरह से कम हो जाती है। कम किया हुआ। गायब हो गया, जो ए. हैलीमस अर्क द्वारा जीओ में ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों को सफलतापूर्वक हटाने का संकेत देता है। C=C तनाव पर rGO की नई तीव्र विशेषता चोटियाँ 1560 और 1405 सेमी-1 के आसपास देखी जाती हैं, जो GO से rGO में कमी की पुष्टि करती हैं। 1043 से 1015 सेमी-1 और 982 से 918 सेमी-1 तक भिन्नताएं देखी गईं, संभवतः पौधे सामग्री 31,32 के समावेश के कारण। वेंग एट अल., 2018 ने भी जीओ में ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों का एक महत्वपूर्ण क्षीणन देखा, जो कि बायोरिडक्शन द्वारा आरजीओ के सफल गठन की पुष्टि करता है, क्योंकि नीलगिरी के पत्तों के अर्क, जिनका उपयोग कम लौह ग्रेफीन ऑक्साइड कंपोजिट को संश्लेषित करने के लिए किया गया था, ने पौधे के घटक के करीब एफटीआईआर स्पेक्ट्रा दिखाया। कार्यात्मक समूह. 33 .
ए. गैलियम का एफटीआईआर स्पेक्ट्रम, एनजेडवीआई, आरजीओ, जीओ, मिश्रित आरजीओ/एनजेडवीआई (ए)। रोएंटजेनोग्रामी कंपोजिट आरजीओ, जीओ, एनजेडवीआई और आरजीओ/एनजेडवीआई (बी)।
आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कंपोजिट के गठन की पुष्टि काफी हद तक एक्स-रे विवर्तन पैटर्न (चित्र 3बी) द्वारा की गई थी। सूचकांक (110) (जेसीपीडीएस संख्या 06-0696)11 के अनुरूप 2°44.5° पर एक उच्च तीव्रता Fe0 शिखर देखा गया। (311) तल के 35.1° पर एक और शिखर मैग्नेटाइट Fe3O4 को जिम्मेदार ठहराया गया है, 63.2° ϒ-FeOOH (JCPDS संख्या 17-0536)34 की उपस्थिति के कारण (440) तल के मिलर इंडेक्स से जुड़ा हो सकता है। जीओ का एक्स-रे पैटर्न 2°10.3° पर एक तीव्र शिखर और 21.1° पर एक और शिखर दिखाता है, जो ग्रेफाइट के पूर्ण छूटने का संकेत देता है और GO35 की सतह पर ऑक्सीजन युक्त समूहों की उपस्थिति को उजागर करता है। आरजीओ और आरजीओ/एनजेडवीआई के समग्र पैटर्न ने विशेषता जीओ चोटियों के गायब होने और क्रमशः आरजीओ और आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के लिए 2˟ 22.17 और 24.7 डिग्री पर व्यापक आरजीओ चोटियों के गठन को दर्ज किया, जिसने पौधे के अर्क द्वारा जीओ की सफल वसूली की पुष्टि की। हालाँकि, समग्र rGO/nZVI पैटर्न में, Fe0 (110) और bcc Fe0 (200) के जाली तल से जुड़ी अतिरिक्त चोटियाँ क्रमशः 44.9\(^\circ\) और 65.22\(^\circ\) पर देखी गईं। .
ज़ेटा क्षमता एक कण की सतह से जुड़ी आयनिक परत और एक जलीय घोल के बीच की क्षमता है जो किसी सामग्री के इलेक्ट्रोस्टैटिक गुणों को निर्धारित करती है और इसकी स्थिरता को मापती है37। पौधे-संश्लेषित nZVI, GO, और rGO/nZVI कंपोजिट के ज़ेटा संभावित विश्लेषण ने उनकी सतह पर क्रमशः -20.8, -22, और -27.4 mV के नकारात्मक चार्ज की उपस्थिति के कारण उनकी स्थिरता दिखाई, जैसा कि चित्र S1A में दिखाया गया है- सी। . ऐसे परिणाम कई रिपोर्टों के अनुरूप हैं जिनमें उल्लेख किया गया है कि -25 एमवी से कम जेटा संभावित मान वाले कण वाले समाधान आम तौर पर इन कणों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण उच्च स्तर की स्थिरता दिखाते हैं। आरजीओ और एनजेडवीआई का संयोजन समग्र को अधिक नकारात्मक चार्ज प्राप्त करने की अनुमति देता है और इस प्रकार अकेले जीओ या एनजेडवीआई की तुलना में अधिक स्थिरता रखता है। इसलिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की घटना से स्थिर rGO/nZVI39 कंपोजिट का निर्माण होगा। जीओ की नकारात्मक सतह इसे बिना एकत्रीकरण के जलीय माध्यम में समान रूप से फैलाने की अनुमति देती है, जो nZVI के साथ बातचीत के लिए अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण करती है। नकारात्मक चार्ज कड़वे तरबूज के अर्क में विभिन्न कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति से जुड़ा हो सकता है, जो क्रमशः आरजीओ और एनजेडवीआई और आरजीओ / एनजेडवीआई कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए जीओ और लौह अग्रदूतों और पौधे के अर्क के बीच बातचीत की पुष्टि करता है। ये पौधे यौगिक कैपिंग एजेंट के रूप में भी कार्य कर सकते हैं, क्योंकि वे परिणामी नैनोकणों के एकत्रीकरण को रोकते हैं और इस प्रकार उनकी स्थिरता को बढ़ाते हैं।
एनजेडवीआई और आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट की मौलिक संरचना और वैलेंस स्थिति एक्सपीएस (छवि 4) द्वारा निर्धारित की गई थी। समग्र एक्सपीएस अध्ययन से पता चला है कि आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट मुख्य रूप से ईडीएस मैपिंग (चित्र 4एफ-एच) के अनुरूप सी, ओ और फे तत्वों से बना है। C1s स्पेक्ट्रम में क्रमशः CC, CO और C=O का प्रतिनिधित्व करने वाले 284.59 eV, 286.21 eV और 288.21 eV पर तीन शिखर होते हैं। O1s स्पेक्ट्रम को तीन शिखरों में विभाजित किया गया था, जिसमें 531.17 eV, 532.97 eV और 535.45 eV शामिल थे, जिन्हें क्रमशः O=CO, CO और NO समूहों को सौंपा गया था। हालाँकि, 710.43, 714.57 और 724.79 eV की चोटियाँ क्रमशः Fe 2p3/2, Fe+3 और Fe p1/2 को संदर्भित करती हैं। nZVI (चित्र 4C-E) के XPS स्पेक्ट्रा ने तत्वों C, O और Fe के लिए शिखर दिखाए। 284.77, 286.25, और 287.62 ईवी की चोटियाँ लौह-कार्बन मिश्र धातुओं की उपस्थिति की पुष्टि करती हैं, क्योंकि वे क्रमशः सीसी, सी-ओएच और सीओ को संदर्भित करते हैं। O1s स्पेक्ट्रम तीन चोटियों C-O/आयरन कार्बोनेट (531.19 eV), हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (532.4 eV) और O-C=O (533.47 eV) से मेल खाता है। 719.6 पर शिखर Fe0 को जिम्मेदार ठहराया गया है, जबकि FeOOH 717.3 और 723.7 eV पर शिखर दिखाता है, इसके अलावा, 725.8 eV पर शिखर Fe2O342.43 की उपस्थिति को इंगित करता है।
क्रमशः nZVI और rGO/nZVI कंपोजिट का XPS अध्ययन (ए, बी)। nZVI C1s (C), Fe2p (D), और O1s (E) और rGO/nZVI C1s (F), Fe2p (G), O1s (H) मिश्रित का पूर्ण स्पेक्ट्रा।
N2 अधिशोषण/अवशोषण इज़ोटेर्म (चित्र 5A, B) दर्शाता है कि nZVI और rGO/nZVI कंपोजिट प्रकार II से संबंधित हैं। इसके अलावा, rGO से ब्लाइंडिंग के बाद nZVI का विशिष्ट सतह क्षेत्र (SBET) 47.4549 से बढ़कर 152.52 m2/g हो गया। इस परिणाम को rGO ब्लाइंडिंग के बाद nZVI के चुंबकीय गुणों में कमी से समझाया जा सकता है, जिससे कण एकत्रीकरण कम हो जाता है और कंपोजिट का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है। इसके अलावा, जैसा कि चित्र 5C में दिखाया गया है, rGO/nZVI कंपोजिट का छिद्र आयतन (8.94 एनएम) मूल nZVI (2.873 एनएम) की तुलना में अधिक है। यह परिणाम एल-मोनैम एट अल के अनुरूप है। 45 .
प्रारंभिक सांद्रता में वृद्धि के आधार पर आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट और मूल एनजेडवीआई के बीच डीसी को हटाने के लिए सोखने की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, विभिन्न प्रारंभिक सांद्रता में डीसी में प्रत्येक सोखने वाले (0.05 ग्राम) की एक स्थिर खुराक जोड़कर तुलना की गई थी। जांचा गया समाधान [25]। -100 मिलीग्राम एल-1] 25 डिग्री सेल्सियस पर। परिणामों से पता चला कि आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट की निष्कासन दक्षता (94.6%) कम सांद्रता (25 मिलीग्राम एल-1) पर मूल एनजेडवीआई (90%) की तुलना में अधिक थी। हालाँकि, जब प्रारंभिक सांद्रता 100 मिलीग्राम एल-1 तक बढ़ा दी गई, तो आरजीओ/एनजेडवीआई और पैरेंटल एनजेडवीआई की निष्कासन दक्षता क्रमशः 70% और 65% तक गिर गई (चित्र 6ए), जो कम सक्रिय साइटों और गिरावट के कारण हो सकता है। एनजेडवीआई कण। इसके विपरीत, आरजीओ/एनजेडवीआई ने डीसी हटाने की उच्च दक्षता दिखाई, जो कि आरजीओ और एनजेडवीआई के बीच एक सहक्रियात्मक प्रभाव के कारण हो सकता है, जिसमें सोखने के लिए उपलब्ध स्थिर सक्रिय साइटें बहुत अधिक हैं, और आरजीओ/एनजेडवीआई के मामले में, अधिक DC को अक्षुण्ण nZVI से अधिशोषित किया जा सकता है। इसके अलावा, अंजीर में। 6बी से पता चलता है कि आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कंपोजिट की सोखने की क्षमता क्रमशः 9.4 मिलीग्राम/जी से बढ़कर 30 मिलीग्राम/जी और 9 मिलीग्राम/जी हो गई है, प्रारंभिक एकाग्रता में 25-100 मिलीग्राम/एल की वृद्धि हुई है। -1.1 से 28.73 मिलीग्राम जी-1। इसलिए, डीसी हटाने की दर प्रारंभिक डीसी एकाग्रता के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध थी, जो समाधान में डीसी के सोखने और हटाने के लिए प्रत्येक सोखने वाले द्वारा समर्थित प्रतिक्रिया केंद्रों की सीमित संख्या के कारण थी। इस प्रकार, इन परिणामों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट में सोखने और कटौती की उच्च दक्षता होती है, और आरजीओ/एनजेडवीआई की संरचना में आरजीओ का उपयोग सोखने वाले और वाहक सामग्री दोनों के रूप में किया जा सकता है।
आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई मिश्रित के लिए हटाने की दक्षता और डीसी सोखने की क्षमता (ए, बी) [सीओ = 25 मिलीग्राम एल-1-100 मिलीग्राम एल-1, टी = 25 डिग्री सेल्सियस, खुराक = 0.05 ग्राम], पीएच थी। आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट (सी) पर सोखने की क्षमता और डीसी हटाने की दक्षता पर [सीओ = 50 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 3-11, टी = 25 डिग्री सेल्सियस, खुराक = 0.05 ग्राम]।
सोखना प्रक्रियाओं के अध्ययन में समाधान पीएच एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह सोखने वाले के आयनीकरण, प्रजातिकरण और आयनीकरण की डिग्री को प्रभावित करता है। प्रयोग 25°C पर एक स्थिर अधिशोषक खुराक (0.05 ग्राम) और पीएच रेंज (3-11) में 50 मिलीग्राम एल-1 की प्रारंभिक सांद्रता के साथ किया गया था। एक साहित्य समीक्षा46 के अनुसार, डीसी एक एम्फीफिलिक अणु है जिसमें विभिन्न पीएच स्तरों पर कई आयनीकरण योग्य कार्यात्मक समूह (फिनोल, अमीनो समूह, अल्कोहल) होते हैं। नतीजतन, डीसी के विभिन्न कार्य और आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित की सतह पर संबंधित संरचनाएं इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत कर सकती हैं और धनायन, ज़्विटरियन और आयनों के रूप में मौजूद हो सकती हैं, डीसी अणु पीएच <3.3 पर धनायनित (DCH3+) के रूप में मौजूद होता है। zwitterionic (DCH20) 3.3 < pH <7.7 और PH 7.7 पर आयनिक (DCH− या DC2−)। नतीजतन, डीसी के विभिन्न कार्य और आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित की सतह पर संबंधित संरचनाएं इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत कर सकती हैं और धनायन, ज़्विटरियन और आयनों के रूप में मौजूद हो सकती हैं, डीसी अणु पीएच <3.3 पर धनायनित (DCH3+) के रूप में मौजूद होता है। ज़्विटरियोनिक (DCH20) 3.3 <पीएच <7.7 और एनियोनिक (डीसीएच- या डीसी2-) पीएच 7.7 पर। Р результате различные £ ф и ही и и и и с сэаннных н ними нтзз XруехF सिर्फ остатически и могут сществововать в виде катионов, цвитер-иннов и а анионо शामिल Н <3,3, цвитер- ионный (DCH20) 3,3 < pH < 7,7 и анионный (DCH- или DC2-) при pH 7,7। परिणामस्वरूप, आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र की सतह पर डीसी और संबंधित संरचनाओं के विभिन्न कार्य इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत कर सकते हैं और धनायन, ज़्विटरियन और आयनों के रूप में मौजूद हो सकते हैं; DC अणु pH <3.3 पर धनायन (DCH3+) के रूप में मौजूद होता है; आयनिक (DCH20) 3.3 < pH <7.7 और pH 7.7 पर आयनिक (DCH- या DC2-)।因此, DC 的各种功能和rGO/nZVI 复合材料表面的相关结构可能会发生静电相互作用，并可能以阳डीसी तापमान पीएच <3.3 (डीसीएच3+) औसत तापमान (DCH20) 3.3 < pH < 7.7, तापमान परिवर्तन (DCH- 或DC2-) और PH 7.7.और पढ़ें यदि आपके पास कोई उत्पाद नहीं है, तो कोई समस्या नहीं है, कोई समस्या नहीं है, कोई समस्या नहीं है, कोई समस्या नहीं है, कोई समस्या नहीं है阳离子 (dch3+)形式अधिकतम सीमा (DCH20) 3.3 < pH < 7.7 प्रतिशत (DCH- और DC2-) और PH 7.7. Следовательно, различные функции и и р родтвенн и и итр на наехно सिर्फ нэтPзVARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA нэPARA н</s>т н наPARA н</s>PARA н</s>PARр нэPA н еские ззаимододеййствия и сществововать в виде катионов, цвитер-иннов и а мо ही яы ही я я м м м мн ही рн <3,3। इसलिए, आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित की सतह पर डीसी और संबंधित संरचनाओं के विभिन्न कार्य इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन में प्रवेश कर सकते हैं और धनायन, ज़्विटरियन और आयनों के रूप में मौजूद हो सकते हैं, जबकि डीसी अणु पीएच <3.3 पर धनायनित (DCH3+) होते हैं। Он существует виде цвиттер-иона (DCH20) при 3,3 < pH < 7,7 и аниона (DCH- или DC2-) при pH 7, 7. यह 3.3 <पीएच <7.7 पर एक ज़्विटरियन (DCH20) और पीएच 7.7 पर एक आयन (DCH- या DC2-) के रूप में मौजूद है।पीएच में 3 से 7 की वृद्धि के साथ, डीसी हटाने की सोखने की क्षमता और दक्षता 11.2 मिलीग्राम/जी (56%) से बढ़कर 17 मिलीग्राम/जी (85%) हो गई (चित्र 6सी)। हालाँकि, जैसे ही pH बढ़कर 9 और 11 हो गया, सोखने की क्षमता और निष्कासन दक्षता कुछ हद तक कम हो गई, क्रमशः 10.6 mg/g (53%) से 6 mg/g (30%) हो गई। पीएच में 3 से 7 की वृद्धि के साथ, डीसी मुख्य रूप से ज़्विटरियन के रूप में मौजूद थे, जिसने उन्हें मुख्य रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के साथ लगभग गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से आकर्षित या प्रतिकर्षित किया। जैसे ही पीएच 8.2 से ऊपर बढ़ गया, अधिशोषक की सतह नकारात्मक रूप से चार्ज हो गई, इस प्रकार नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए डॉक्सीसाइक्लिन और अधिशोषक की सतह के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के कारण सोखने की क्षमता कम हो गई। यह प्रवृत्ति बताती है कि आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट पर डीसी सोखना अत्यधिक पीएच पर निर्भर है, और परिणाम यह भी संकेत देते हैं कि आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट अम्लीय और तटस्थ परिस्थितियों में सोखने वाले के रूप में उपयुक्त हैं।
डीसी के जलीय घोल के सोखने पर तापमान का प्रभाव (25-55 डिग्री सेल्सियस) पर किया गया। चित्र 7ए आरजीओ/एनजेडवीआई पर डीसी एंटीबायोटिक दवाओं की निष्कासन दक्षता पर तापमान वृद्धि के प्रभाव को दर्शाता है, यह स्पष्ट है कि निष्कासन क्षमता और सोखने की क्षमता 83.44% और 13.9 मिलीग्राम/जी से बढ़कर 47% और 7.83 मिलीग्राम/जी हो गई है। , क्रमश। यह महत्वपूर्ण कमी डीसी आयनों की तापीय ऊर्जा में वृद्धि के कारण हो सकती है, जिससे विशोषण47 होता है।
आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट (ए) पर सीडी की निष्कासन क्षमता और सोखना क्षमता पर तापमान का प्रभाव [सीओ = 50 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, खुराक = 0.05 ग्राम], सीडी की निष्कासन क्षमता और निष्कासन क्षमता पर अधिशोषक खुराक का प्रभाव आरजीओ/एनएसवीआई कंपोजिट (बी) पर सोखने की क्षमता और डीसी हटाने की दक्षता पर प्रारंभिक एकाग्रता [सीओ = 50 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, टी = 25 डिग्री सेल्सियस] (सी, डी) [सीओ = 25-100 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, टी = 25 डिग्री सेल्सियस, खुराक = 0.05 ग्राम]।
हटाने की दक्षता और सोखने की क्षमता पर मिश्रित अधिशोषक rGO/nZVI की खुराक को 0.01 ग्राम से 0.07 ग्राम तक बढ़ाने का प्रभाव चित्र में दिखाया गया है। 7बी. अधिशोषक की खुराक में वृद्धि से सोखने की क्षमता 33.43 मिलीग्राम/ग्राम से घटकर 6.74 मिलीग्राम/ग्राम हो गई। हालाँकि, अधिशोषक खुराक में 0.01 ग्राम से 0.07 ग्राम तक की वृद्धि के साथ, निष्कासन दक्षता 66.8% से बढ़कर 96% हो जाती है, जो तदनुसार, नैनोकम्पोजिट सतह पर सक्रिय केंद्रों की संख्या में वृद्धि के साथ जुड़ी हो सकती है।
सोखना क्षमता और निष्कासन दक्षता पर प्रारंभिक एकाग्रता के प्रभाव का अध्ययन किया गया [25-100 मिलीग्राम एल-1, 25 डिग्री सेल्सियस, पीएच 7, खुराक 0.05 ग्राम]। जब प्रारंभिक सांद्रता 25 मिलीग्राम एल-1 से बढ़ाकर 100 मिलीग्राम एल-1 कर दी गई, तो आरजीओ/एनजेडवीआई मिश्रित का निष्कासन प्रतिशत 94.6% से घटकर 65% हो गया (चित्र 7सी), संभवतः वांछित सक्रिय की अनुपस्थिति के कारण साइटें। . DC49 की बड़ी सांद्रता को अवशोषित करता है। दूसरी ओर, जैसे-जैसे प्रारंभिक सांद्रता बढ़ी, संतुलन तक पहुँचने तक सोखने की क्षमता भी 9.4 mg/g से बढ़कर 30 mg/g हो गई (चित्र 7D)। यह अपरिहार्य प्रतिक्रिया आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र की सतह 50 तक पहुंचने के लिए डीसी आयन द्रव्यमान स्थानांतरण प्रतिरोध से अधिक प्रारंभिक डीसी एकाग्रता के साथ ड्राइविंग बल में वृद्धि के कारण है।
संपर्क समय और गतिज अध्ययन का उद्देश्य सोखना के संतुलन समय को समझना है। सबसे पहले, संपर्क समय के पहले 40 मिनट के दौरान अधिशोषित डीसी की मात्रा पूरे समय (100 मिनट) में अधिशोषित कुल मात्रा का लगभग आधा थी। जबकि समाधान में डीसी अणु टकराते हैं जिससे वे तेजी से आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र की सतह पर स्थानांतरित हो जाते हैं जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण सोखना होता है। 40 मिनट के बाद, डीसी सोखना धीरे-धीरे और धीरे-धीरे बढ़ता गया जब तक कि 60 मिनट के बाद संतुलन नहीं पहुंच गया (चित्र 7डी)। चूंकि पहले 40 मिनट के भीतर उचित मात्रा में सोख लिया जाता है, डीसी अणुओं के साथ कम टकराव होगा और गैर-सोखने वाले अणुओं के लिए कम सक्रिय साइटें उपलब्ध होंगी। इसलिए, सोखना दर कम किया जा सकता है51।
सोखना गतिकी को बेहतर ढंग से समझने के लिए, छद्म प्रथम क्रम (चित्र 8ए), छद्म द्वितीय क्रम (चित्र 8बी), और एलोविच (चित्र 8सी) गतिज मॉडल के लाइन प्लॉट का उपयोग किया गया था। गतिज अध्ययन (तालिका एस1) से प्राप्त मापदंडों से, यह स्पष्ट हो जाता है कि सोखना गतिकी का वर्णन करने के लिए स्यूडोसेकंड मॉडल सबसे अच्छा मॉडल है, जहां आर2 मान अन्य दो मॉडलों की तुलना में अधिक निर्धारित है। परिकलित सोखना क्षमता (क्यूई, कैल) के बीच भी समानता है। छद्म-दूसरा क्रम और प्रयोगात्मक मान (क्यूई, एक्सप.) इस बात के और सबूत हैं कि छद्म-दूसरा क्रम अन्य मॉडलों की तुलना में एक बेहतर मॉडल है। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, α (प्रारंभिक सोखना दर) और β (सोखना स्थिरांक) के मान पुष्टि करते हैं कि सोखना दर सोखने की दर से अधिक है, यह दर्शाता है कि DC rGO/nZVI52 समग्र पर कुशलता से सोखने की प्रवृत्ति रखता है। .
छद्म-दूसरे क्रम (ए), छद्म-प्रथम क्रम (बी) और एलोविच (सी) के रैखिक सोखना गतिज प्लॉट [सीओ = 25-100 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, टी = 25 डिग्री सेल्सियस, खुराक = 0.05 ग्राम ].
सोखना इज़ोटेर्म के अध्ययन से विभिन्न सोखना सांद्रता (डीसी) और सिस्टम तापमान पर सोखने वाले (आरजीओ/एनआरवीआई मिश्रित) की सोखने की क्षमता निर्धारित करने में मदद मिलती है। अधिकतम सोखने की क्षमता की गणना लैंगमुइर इज़ोटेर्म का उपयोग करके की गई थी, जिसने संकेत दिया कि सोखना सजातीय था और इसमें उनके बीच बातचीत के बिना सोखने वाले की सतह पर एक सोखने वाले मोनोलेयर का गठन शामिल था53। दो अन्य व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले इज़ोटेर्म मॉडल फ्रायंडलिच और टेमकिन मॉडल हैं। यद्यपि फ्रायंडलिच मॉडल का उपयोग सोखना क्षमता की गणना करने के लिए नहीं किया जाता है, यह विषम सोखना प्रक्रिया को समझने में मदद करता है और सोखना पर रिक्तियों में अलग-अलग ऊर्जा होती है, जबकि टेमकिन मॉडल सोखना54 के भौतिक और रासायनिक गुणों को समझने में मदद करता है।
आंकड़े 9ए-सी क्रमशः लैंगमुइर, फ़्रीइंडलिच और टेमकिन मॉडल के लाइन प्लॉट दिखाते हैं। फ्रायंडलिच (छवि 9 ए) और लैंगमुइर (छवि 9 बी) लाइन प्लॉट से गणना की गई आर 2 मान और तालिका 2 में प्रस्तुत किया गया है कि आरजीओ / एनजेडवीआई समग्र पर डीसी सोखना फ्रायंडलिच (0.996) और लैंगमुइर (0.988) इज़ोटेर्म का अनुसरण करता है। मॉडल और टेमकिन (0.985)। लैंगमुइर इज़ोटेर्म मॉडल का उपयोग करके गणना की गई अधिकतम सोखना क्षमता (क्यूमैक्स) 31.61 मिलीग्राम जी-1 थी। इसके अलावा, आयाम रहित पृथक्करण कारक (आरएल) का परिकलित मान 0 और 1 (0.097) के बीच है, जो एक अनुकूल सोखना प्रक्रिया का संकेत देता है। अन्यथा, परिकलित फ्रायंडलिच स्थिरांक (एन = 2.756) इस अवशोषण प्रक्रिया के लिए प्राथमिकता को इंगित करता है। टेमकिन इज़ोटेर्म (छवि 9C) के रैखिक मॉडल के अनुसार, rGO/nZVI समग्र पर DC का सोखना एक भौतिक सोखना प्रक्रिया है, क्योंकि b ˂ 82 kJ mol-1 (0.408)55 है। यद्यपि भौतिक सोखना आमतौर पर कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा मध्यस्थ होता है, आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट पर प्रत्यक्ष वर्तमान सोखना के लिए कम सोखना ऊर्जा की आवश्यकता होती है [56, 57]।
फ्रायंडलिच (ए), लैंगमुइर (बी), और टेमकिन (सी) रैखिक सोखना इज़ोटेर्म [सीओ = 25-100 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, टी = 25 डिग्री सेल्सियस, खुराक = 0.05 ग्राम]। आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट (डी) द्वारा डीसी सोखना के लिए वान्ट हॉफ समीकरण का प्लॉट [सीओ = 25-100 मिलीग्राम एल-1, पीएच = 7, टी = 25-55 डिग्री सेल्सियस और खुराक = 0.05 ग्राम]।
आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट से डीसी हटाने पर प्रतिक्रिया तापमान परिवर्तन के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए, एन्ट्रापी परिवर्तन (ΔS), एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH), और मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) जैसे थर्मोडायनामिक मापदंडों की गणना समीकरणों से की गई थी। 3 और 458.
जहां \({K}_{e}\)=\(\frac{{C}_{Ae}}{{C}_{e}}\) - थर्मोडायनामिक संतुलन स्थिरांक, Ce और CAe - समाधान में rGO, सतह संतुलन पर क्रमशः /nZVI DC सांद्रता। आर और आरटी क्रमशः गैस स्थिरांक और सोखना तापमान हैं। 1/T के विरुद्ध ln Ke आलेखित करने से एक सीधी रेखा मिलती है (चित्र 9D) जिससे ∆S और ∆H निर्धारित किया जा सकता है।
एक नकारात्मक ΔH मान इंगित करता है कि प्रक्रिया ऊष्माक्षेपी है। दूसरी ओर, ΔH मान भौतिक सोखना प्रक्रिया के अंतर्गत है। तालिका 3 में नकारात्मक ΔG मान इंगित करते हैं कि सोखना संभव और सहज है। ΔS के नकारात्मक मान तरल इंटरफ़ेस (तालिका 3) पर अधिशोषक अणुओं के उच्च क्रम का संकेत देते हैं।
तालिका 4 पिछले अध्ययनों में रिपोर्ट किए गए अन्य अधिशोषक के साथ आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र की तुलना करती है। यह स्पष्ट है कि वीजीओ/एनसीवीआई कंपोजिट में उच्च सोखने की क्षमता है और यह पानी से डीसी एंटीबायोटिक्स को हटाने के लिए एक आशाजनक सामग्री हो सकती है। इसके अलावा, आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट का सोखना 60 मिनट के संतुलन समय के साथ एक तेज़ प्रक्रिया है। आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के उत्कृष्ट सोखने के गुणों को आरजीओ और एनजेडवीआई के सहक्रियात्मक प्रभाव से समझाया जा सकता है।
आंकड़े 10ए, बी आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कॉम्प्लेक्स द्वारा डीसी एंटीबायोटिक दवाओं को हटाने के लिए तर्कसंगत तंत्र को दर्शाते हैं। डीसी सोखना की दक्षता पर पीएच के प्रभाव पर प्रयोगों के परिणामों के अनुसार, पीएच में 3 से 7 की वृद्धि के साथ, आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र पर डीसी सोखना इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा नियंत्रित नहीं किया गया था, क्योंकि यह एक ज़्विटरियन के रूप में कार्य करता था; इसलिए, पीएच मान में बदलाव से सोखने की प्रक्रिया प्रभावित नहीं हुई। इसके बाद, सोखना तंत्र को गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन जैसे हाइड्रोजन बॉन्डिंग, हाइड्रोफोबिक प्रभाव और आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट और डीसी66 के बीच π-π स्टैकिंग इंटरैक्शन द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। यह सर्वविदित है कि स्तरित ग्राफीन की सतहों पर सुगंधित अधिशोषक के तंत्र को मुख्य प्रेरक शक्ति के रूप में π-π स्टैकिंग इंटरैक्शन द्वारा समझाया गया है। कंपोजिट ग्राफीन के समान एक स्तरित सामग्री है जिसका अवशोषण π-π* संक्रमण के कारण अधिकतम 233 एनएम है। डीसी अधिशोषक की आणविक संरचना में चार सुगंधित छल्लों की उपस्थिति के आधार पर, हमने अनुमान लगाया कि सुगंधित डीसी (π-इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता) और π-इलेक्ट्रॉनों से समृद्ध क्षेत्र के बीच π-π-स्टैकिंग इंटरैक्शन का एक तंत्र है। आरजीओ सतह. /nZVI कंपोजिट। इसके अलावा, जैसा छवि में दिखाया गया है। 10बी, डीसी के साथ आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के आणविक संपर्क का अध्ययन करने के लिए एफटीआईआर अध्ययन किए गए थे, और डीसी सोखना के बाद आरजीओ/एनजेडवीआई कंपोजिट के एफटीआईआर स्पेक्ट्रा को चित्र 10बी में दिखाया गया है। 10बी. 2111 सेमी-1 पर एक नया शिखर देखा गया है, जो सी=सी बांड के फ्रेमवर्क कंपन से मेल खाता है, जो 67 आरजीओ/एनजेडवीआई की सतह पर संबंधित कार्बनिक कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति को इंगित करता है। अन्य चोटियाँ 1561 से 1548 सेमी-1 और 1399 से 1360 सेमी-1 तक स्थानांतरित हो जाती हैं, जो यह भी पुष्टि करती है कि π-π इंटरैक्शन ग्राफीन और कार्बनिक प्रदूषकों68,69 के सोखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। डीसी सोखने के बाद, कुछ ऑक्सीजन युक्त समूहों, जैसे ओएच, की तीव्रता घटकर 3270 सेमी-1 हो गई, जो बताता है कि हाइड्रोजन बॉन्डिंग सोखना तंत्रों में से एक है। इस प्रकार, परिणामों के आधार पर, आरजीओ/एनजेडवीआई समग्र पर डीसी सोखना मुख्य रूप से π-π स्टैकिंग इंटरैक्शन और एच-बॉन्ड के कारण होता है।
आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई कॉम्प्लेक्स (ए) द्वारा डीसी एंटीबायोटिक दवाओं के सोखने का तर्कसंगत तंत्र। आरजीओ/एनजेडवीआई और एनजेडवीआई (बी) पर डीसी का एफटीआईआर सोखना स्पेक्ट्रा।
3244, 1615, 1546 और 1011 सेमी-1 पर nZVI के अवशोषण बैंड की तीव्रता nZVI की तुलना में nZVI पर DC सोखने के बाद बढ़ गई (चित्र 10B), जो कार्बोक्जिलिक एसिड के संभावित कार्यात्मक समूहों के साथ बातचीत से संबंधित होनी चाहिए। डीसी में ओ समूह। हालाँकि, सभी देखे गए बैंडों में संचरण का यह कम प्रतिशत सोखने की प्रक्रिया से पहले nZVI की तुलना में फाइटोसिंथेटिक सोखने वाले (nZVI) की सोखने की दक्षता में कोई महत्वपूर्ण बदलाव नहीं दर्शाता है। nZVI71 के साथ कुछ DC निष्कासन अनुसंधान के अनुसार, जब nZVI H2O के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो इलेक्ट्रॉन निकलते हैं और फिर H+ का उपयोग अत्यधिक कम करने योग्य सक्रिय हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। अंत में, कुछ धनायनित यौगिक सक्रिय हाइड्रोजन से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप -C=N और -C=C- होते हैं, जो बेंजीन रिंग के विभाजन के लिए जिम्मेदार है।